MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Công nghiệp khai khoáng là một trong những ngành công nghiệp hàng đầu góp phần quan trọng trong sự nghiệp phát triển kinh tế - xã hội của đất nƣớc ta. Nhƣng song song với sự phát triển vƣợt bậc về kinh tế là những vấn đề tiêu cực về môi trƣờng phát sinh. Hậu quả từ việc khai thác, chế biến khoáng sản không tuân theo quy định đó chính là ô nhiễm môi trƣờng – là một trong những vấn nạn của nƣớc ta thời kỳ công nghiệp hóa, hiện đại hóa.
Quá trình làm giàu khoáng kim loại nặng đã tạo ra một lƣợng lớn bùn thải có chứa các hóa chất dùng trong tuyển quặng. Quá trình đổ thải trực tiếp bùn thải giàu kim loại hại không xử lý hoặc xử lý không đạt yêu cầu vào môi trƣờng là nguyên nhân gây ô nhiễm kim loại nặng tại khu vực khai thác. Ngoài ra, sự tích tụ chất thải rắn do tuyển rửa trong lòng hồ, suối khe có thể làm thay đổi dòng chảy, dung tích nƣớc, biến đổi chất lƣợng nƣớc gây hại đổi với môi trƣờng sống của con ngƣời và sinh vật. Bên cạnh đó, một trong những định hƣớng quan trọng đang đƣợc nƣớc ta cũng nhƣ các quốc gia trên thế giới quan tâm đó là vấn đề tận thu và sử dụng có hiệu quả nguồn tài nguyên khoáng sản.
Hiện nay, bùn thải hoặc các sản phẩm trung gian ở Việt Nam chƣa đƣợc xử lý tận thu triệt để, dẫn đến tình trạng mất mát đáng kể về thiếc cũng nhƣ một số khoáng sản có ích khác vẫn còn phổ biến. Hoạt động khai thác, chế biến thiếc tại Việt Nam chủ yếu là hoạt động sản xuất, các biện pháp bảo vệ môi trƣờng áp dụng còn hạn chế. Do vậy, Môi trƣờng xung quang khu vực này đang bị ô nhiễm rất nghiêm trọng. Nhận thức đƣợc vấn đề này, tôi đã chọn đề tài: “Nghiên cứu đặc điểm bùn thải công nghiệp khai thác, chế biến quặng thiếc và đề xuất giải pháp quản lý, tái sử dụng” nhằm xác định hiện trạng trạng thải, đặc tính bùn thải công nghiệp khai thác, chế biến quặng thiếc chứa kim loại nặng.
Trên cơ sở đó, đề xuất một số giải pháp quản lý, tận dụng bùn thải công nghiệp phù hợp, tiết kiệm năng lƣợng cho các khu công nghiệp khai khoáng, chế biến kim loại nặng. 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Mục tiêu của đề tài - Đánh giá hiện trạng thải, đặc điểm bùn thải công nghiệp khai khoáng, chế biến quặng thiếc. - Đề xuất một số giải pháp quản lý, công nghệ xử lý và tận dụng bùn thải công nghiệp phù hợp, tiết kiệm năng lƣợng.
Nội dung nghiên cứu - Đánh giá hiện trạng bùn thải công nghiệp khái thác, chế biến quặng thiếc. - Phân tích các chỉ tiêu đặc trƣng của bùn thải công nghiệp khai thác, chế biến quặng thiếc: Độ ẩm, thành phần cấp hạt, Thành phần kim loại: Cu, Ni, Cr, Cd, Pb…Thành phần hữu cơ, khoáng vật (nếu có) và nhiệt trị. - Đề xuất một số giải pháp quản lý, công nghệ xử lý và tận dụng bùn thải công nghiệp phù hợp, tiết kiệm năng lƣợng. 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chƣơng 1 - TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về địa hóa, khoáng vật thiếc và công nghệ tuyển quặng thiếc 1.1 Tính chất Thiếc là kim loại mềm, có màu trắng bạc, dễ dát thành lát mỏng 0,005mm.
Sn đƣợc ƣa chuộng trong kỹ thuật và đời sống do Sn có sức chống ăn mòn cao, muối Sn không độc, Sn dễ nấu chảy và có thể luyện thành hợp kim cao cấp.2 Đặc điểm khoáng vật Thiếc tồn tại trong khoáng vật thuộc các nhóm oXt, sulfostanat, surful, silicat, borat và niobat. Khoáng vật quan trọng nhất của thiếc là cassiterit (SnO2) chứa 69- 78 % Sn, stannin (Cu2FeSnS4) chứa 19-24 % Sn, tilit (PbSnS2) chứa 30,4 % Sn, cylinđrit (Pb3Sn4Sb2S14) chứa khoảng 25,12 % Sn, franckeit (Pb3Sn4Sb2S14) chứa từ 9,5 - 17,1 % Sn. Tuy nhiên, chỉ có cassiterit và stannin là tạo thành tụ khoáng. Cassiterit là khoáng vật bền vững trong điều kiện phong hóa, do vậy có thể tạo nên những mỏ sa khoáng lớn, ngƣợc lại stannin rất dễ bị phá hủy, cho nên chỉ tồn tại trong quặng gốc.
Cassiterit (SnO2) với thành phần: Sn = 78,62%; O = 21,38%; tỷ trọng 6,8 – 7,1; độ cứng 6 – 7. Trong thực tế luôn có Fe, Mn, Ta, Nb, In, Ge, Be, Zr, SiO2 đôi khi có cả V, Ni, Sb, Se… Tinh thể có dạng lăng trụ thƣờng hình kim đôi khi có dạng tháp đôi. Các mặt lăng trụ thƣờng vết thẳng đứng, còn các mặt của hình tháp lại có vết khía song song với các cạnh của chúng. Rất hay gặp các song tinh cassiterit.
Ngoài dạng kết tinh, còn có dạng khác của cassiterit, đó là dạng thiếc thớ gỗ. Thiếc thớ gỗ thƣờng có dạng nhũ hình quả lê, hình giọt nƣớc với cấu tạo tỏa tia đồng tâm do các gel SnO2 đông kết. Stannin (Cu2FeSnS4) với thành phần lý thuyết: Cu = 29,6%, Fe = 13%, Sn = 27,6%, S = 29,8%; tỷ trọng 4,3 – 5,2; độ cứng 3 – 4. Hàm lƣợng thiếc thực tế biến động từ 24,08 – 29,08%; thƣờng có Zn (đến 8,71%), Cd (đến 0,83%), Bi (đến 0,2%), Sb (0,2%), đôi khi có Pb và Ag.
Stannin thƣờng rất ít gặp so với cassiterit; nó thƣờng chỉ có mặt trong các thành tạo quặng thiếc thuộc thành hệ cassiterit – surful. Ngoài ra, ngƣời ta còn tìm thấy gần 40 khoáng vật khác nhau có chứa thiếc, 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com tuy nhiên các khoáng vật này ít phổ biến, và nếu có thì cũng không đủ hàm lƣợng để khai thác công nghiệp. Hàm lƣợng thiếc tùy thuộc vào thành phần hóa học của khoáng vật. Tinh thể cassiterit Hình 1.
Tinh thể stannin Bảng 1. Bảng thống kê các khoáng vật chứa thiếc Hàm lƣợng thiếc Tên khoáng vật Công thức khoáng vật Tỷ trọng Độ cứng (%) Cassiterite SnO2 6,4 – 7,1 6–7 78,77 Oulankaite (Pd,Pt)5(Cu,Fe)4SnTe2S2 10,27 3,5 – 4 8,94 Canfieldite Ag8SnS6 6,28 2,5 10,11 Kuramite Cu3SnS4 4,56 5 27,13 Ferrokesterite Cu2(Fe,Zn)SnS4 4 27,46 Stannite Cu2FeSnS4 4,3 – 4,5 3,5 – 4 27,61 Kesterite Cu2(Zn,Fe)SnS4 4,54 – 4,59 4,5 32,65 Cernyite Cu2CdSnS4 4,776 4 24,40 Velikite Cu2HgSnS4 5,45 4 20,66 Hocassiteritrtite Ag2FeSnS4 4,77 4 22,89 Pirtquitasite Ag2ZnSnS4 4,822 4 22,48 Sakuraiite (Cu,Zn,Fe,In,Sn)4S4 4 2,8 Petrukite (Cu,Fe,Zn)2(Sn,In)S4 4,61 4,5 25,00 Rhodostannite Cu2FeSn3S8 4 41,83 Toyohaite Ag2FeSn3S8 4,94 4 40,28 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Stannoidite Cu8Fe3Sn2S12 4,29 4 18,29 2+ 2+ Volfsonite Cu10Cu Fe Fe3+2Sn3S16 4 20,52 Chatkalbitite Cu6FeSn2S8 5 4,5 25,50 Mawsonite Cu6Fe2SnS8 4,66 3,5 – 4 13,67 Hemuscovitsite Cu6SnMoS8 4,47 4 13,93 Kiddcreekite Cu6SnWS8 4 12,62 Vinciennite Cu10Fe4Sn(As,Sb)S16 4,29 4,5 7,47 Nekrasovite Cu26V2(Sn,As,Sb)6S32 4,62 4,5 – 5 10,39 Colusite Cu12V(As,Sb,Sn,Ge)3S16 4,2 3–4 4,26 Stibiocolusite Cu13V(Sb,As,Sn)3S16 4 – 4,5 2,20 Herzenbergite SnS 5,197 2 78,73 Stistaite SnSb 6,91 3 49,37 Mohite Cu2SnS3 4,86 4 34,71 Tealbitlite PbSnS2 6,4 1,5 – 2 30,44 Surfulredaite PbSnS3 5,54 – 5,88 2,5 – 3 30,41 Potosiite Pb6Sn2FeSb2S14 6,2 2,5 10,65 Levyclaudite Pb8Sn7Cu3(Bi,Sb)3S28 2,5 – 3 19,97 Franckeite (Pb,Sn)6FeSn2Sb2S14 5,5 – 5,9 2,5 13,68 Cylindrite Pb3Sn4FeSb2S14 5,4 – 5,42 2,5 25,74 Yuanjiangite AuSn 11,7 – 11,9 3,5 – 4 37,60 Ottemannite Sn2S3 4,835 2 71,17 Berndtite SnS2 4,5 1–2 64,92 Vurroite Pb21SnAs11Bi11S50Cl8Se 1,24 Hàm lƣợng thiếc Tên khoáng vật Công thức khoáng vật Tỷ trọng Độ cứng (%) Cassiterite SnO2 6,4 – 7,1 6–7 78,77 Oulankaite (Pd,Pt)5(Cu,Fe)4SnTe2S2 10,27 3,5 – 4 8,94 Canfieldite Ag8SnS6 6,28 2,5 10,11 Kuramite Cu3SnS4 4,56 5 27,13 Ferrokesterite Cu2(Fe,Zn)SnS4 4 27,46 Stannite Cu2FeSnS4 4,3 – 4,5 3,5 – 4 27,61 Kesterite Cu2(Zn,Fe)SnS4 4,54 – 4,59 4,5 32,65 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Cernyite Cu2CdSnS4 4,776 4 24,40 Velikite Cu2HgSnS4 5,45 4 20,66 Hocassiteritrtite Ag2FeSnS4 4,77 4 22,89 Pirtquitasite Ag2ZnSnS4 4,822 4 22,48 Sakuraiite (Cu,Zn,Fe,In,Sn)4S4 4 2,8 Petrukite (Cu,Fe,Zn)2(Sn,In)S4 4,61 4,5 25,00 Rhodostannite Cu2FeSn3S8 4 41,83 Toyohaite Ag2FeSn3S8 4,94 4 40,28 Stannoidite Cu8Fe3Sn2S12 4,29 4 18,29 2+ 2+ Volfsonite Cu10Cu Fe Fe3+2Sn3S16 4 20,52 Chatkalbitite Cu6FeSn2S8 5 4,5 25,50 Mawsonite Cu6Fe2SnS8 4,66 3,5 – 4 13,67 Hemuscovitsite Cu6SnMoS8 4,47 4 13,93 Kiddcreekite Cu6SnWS8 4 12,62 Vinciennite Cu10Fe4Sn(As,Sb)S16 4,29 4,5 7,47 Nekrasovite Cu26V2(Sn,As,Sb)6S32 4,62 4,5 – 5 10,39 Colusite Cu12V(As,Sb,Sn,Ge)3S16 4,2 3–4 4,26 Stibiocolusite Cu13V(Sb,As,Sn)3S16 4 – 4,5 2,20 Herzenbergite SnS 5,197 2 78,73 Stistaite SnSb 6,91 3 49,37 Mohite Cu2SnS3 4,86 4 34,71 Tealbitlite PbSnS2 6,4 1,5 – 2 30,44 Surfulredaite PbSnS3 5,54 – 5,88 2,5 – 3 30,41 Potosiite Pb6Sn2FeSb2S14 6,2 2,5 10,65 Levyclaudite Pb8Sn7Cu3(Bi,Sb)3S28 2,5 – 3 19,97 Franckeite (Pb,Sn)6FeSn2Sb2S14 5,5 – 5,9 2,5 13,68 Cylindrite Pb3Sn4FeSb2S14 5,4 – 5,42 2,5 25,74 Yuanjiangite AuSn 11,7 – 11,9 3,5 – 4 37,60 Ottemannite Sn2S3 4,835 2 71,17 Berndtite SnS2 4,5 1–2 64,92 Vurroite Pb21SnAs11Bi11S50Cl8Se 1,24 (Khoáng sản đại cương [24]) 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.3 Đặc điểm địa hóa Thiếc có tên Latinh là stannum, ký hiệu Sn, là nguyên tố hóa học nhóm IV trong hệ thống tuần hoàn Mendeleev. Thiếc kim loại có màu trắng bạc, kết tinh ở dạng tứ diện. Khối lƣợng nguyên tử 118,69.
Trọng lƣợng riêng 7,3g cm. Thiếc thuộc kim loại khan hiếm. Thiếc có hai dạng thụ hình là αSn và βSn. Ở nhiệt độ thƣờng, thiếc tồn tại ở dạng βSn, đó là một loại thiếc trắng mà mọi ngƣời đều biết.
Ở nhiệt dộ dƣới +13,2 C, αSn bền hơn, là một loại bột dạng tinh thể rất mịn có màu xám. Thiếc trắng (βSn) biến thành thiếc xám (αSn) xảy ra rất nhanh ở nhiệt độ -33 ºC. Quá trình biến hóa đó mang một cái tên hình tƣợng là “bệnh dịch hạch thiếc”. Sn có trị số Clack 2,5.
Sn có 10 đồng vị với mức độ phổ biến %: Sn112 - 0,96%; Sn114 - 0,66%; Sn115 - 0,35%; Sn116 - 14,3%; Sn117 - 7,61%; Sn118 - 24,04; Sn119 - 8,58%; Sn120 - 32,85%; Sn122 - 4,72%; Sn124 - 5,94%. Thiếc có tính bền hóa học cao, trong đá magma aXt cao hơn đá mafic. Ở nhiệt độ dƣới 100 ºC thiếc không bị oxy hóa, ở bề mặt bị phủ một lớp mỏng SnO2. Thiếc đẩy hydro rất chậm từ dung dịch pha loãng H2SO4 và HCl, tan nhanh trong H2SO4 nóng đậm đặc và kiềm đậm đặc, tan trong HNO3 ngay cả trong dung dịch nóng và nguội.
Trong các hợp chất, thiếc có hóa trị Sn4+ và Sn2+. Trong điều kiện nội sinh, thiếc di chuyển đƣợc nhờ có F và B liên quan với hoạt động magma aXt. Thiếc là nguyên tố linh động, dễ di chuyển vì bản chất hai mặt, vừa là ion dƣơng trong muối đơn và phức, vừa là ion âm trong stanat và sulfostanat, nên dung dịch chứa thiếc có thể di chuyển đi xa lên phần trên của vỏ Trái đất. Có lẽ vì thế mà khoáng hoá thiếc liên quan với magma aXt có thể đi lên phần cao nhất của vỏ Trái đất, tồn tại trong vỏ sial, hoặc đến phần nóc của thể magma liên quan với chúng.
Ở dƣới sâu bên dƣới vỏ sial, các đá magma nghèo hoặc không có thiếc. Thiếc là nguyên tố lƣỡng tính, vừa có tính ƣa đá vừa có tính ƣa đồng.